Omdannelse af en fertil kerne til en fissil kerne
Uran-238 udgør mere end 95 % af uran i reaktorers kerner. Det deltager kun marginalt i kædereaktionen, men det spiller ikke desto mindre en vigtig hjælpefunktion. Ved at indfange en neutron bliver det til en kerne af plutonium-239. Senere kan denne plutonium-239-kerne spaltes, hvis den igen indfanger en ny neutron. På en eller anden måde kan uran-238 betragtes som spaltning med en forsinkelse eller ved hjælp af en stedfortræder. Det genererer nukleart brændsel ved at levere fissile kerner: det siges at være fertilt.
Mekanismen for dannelse af plutonium omfatter flere faser. Ved at indfange en neutron bliver uran-238 til uran-239, der hurtigt ændres ved hjælp af betastråling til neptunium-239. Dette neptunium omdannes derefter ved hjælp af betastråling efter gennemsnitligt 3 dage til en ny kerne, nemlig plutonium-239. Denne radionuklid er fissil ligesom uran-235.
Fangningen af en neutron af en kerne af uran-238 fører i løbet af få dage til dannelse af en kerne af fissilt plutonium-239. Den kerne af uran-239, der er resultatet af indfangningen af neutronen, er radioaktiv beta-minus. Ved at udsende en elektron og en antineutrino bliver den til neptunium-239, som, da det selv er ustabilt, på samme måde omdannes til plutonium-239.
IN2P3Plutonium-239 er et godt kernebrændsel: Spaltet af hurtige neutroner frigiver det i gennemsnit 2,30 sekundære neutroner pr. indfanget neutron. Af disse sekundære neutroner er en nødvendig for at opretholde kædereaktionen. Derefter er der stadig 1,30 til rådighed.
Hvis en af disse tilgængelige neutroner i gennemsnit indfanges af en kerne af uran-238, som omdannes til plutonium-239, producerer reaktoren lige så meget brændsel, som den forbruger. Når mere end én neutron producerer plutonium (med en passende konfiguration af reaktorens kerne), kaldes reaktoren for en brygger. Ellers kaldes reaktoren for en “subgenerator”. Den håndfuld reaktorer, der har fungeret som avlsreaktorer, er hurtige neutronreaktorer.
Betingelserne for regenerering er meget langt fra at være opfyldt for konventionelle reaktorer i atomkraftværker, der anvender langsomme neutroner. Der dannes dog betydelige mængder plutonium i deres bestrålede brændsel.
Mængden af plutonium produceret fra oprindelsen af den verdensomspændende flåde af reaktorer blev i år 2000 anslået til 1400 tons, hvoraf 60% er plutonium-239. Denne mængde voksede med 70 tons om året.
Access to page in french
Mere : Langsomme og hurtige neutroner
Mere : Avl